信号的检测方法及装置与流程

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种星座结构的设计方法及装置、信号检测方法及装置。

背景技术：

作为无线通信的一种新兴方式，可见光通信(visiblelightcommunication，vlc)因其绿色环保的频谱资源、可控的通信范围、高速的传输速度等优点而迅速发展。

vlc系统包括光信号发射部分和光信号接收部分，其中，光信号发射部分将电信号进行调制后载频到发光二极管(light-emittingdiode，led)灯具上，通过led灯具发出的可见光进行信号发送，光信号接收部分通过光子探测器将接收到的光信号转换为电信号，然后对转换得到的电信号基于预置星座进行检测得到电信号对应的原发射信号。由于光电二极管(photon-diode，pd)检测方式灵敏度不高，大大制约了vlc系统的传输范围，因此现有技术中，常用单光子雪崩二极管(singlephotonavalanchediode，spad)作为接收手段，利用雪崩效应感应入射光信号，一次雪崩发生即视为一次光子计数，由于光子探测器的观测对象为光子，因此，光子探测器转换得到的电信号引入了粒子的随机性，使得电信号的传输通道变为泊松信道，也就是说光子探测器输出的电信号服从泊松分布。当发射信号功率越大时信道质量越差，可见光通信系统性能也受到影响。

因此，亟需一种能够适应泊松信道的信号的检测方法，以提高可见光通信系统的性能，降低信号检测的误码率。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种信号的检测方法及装置，实现了对服从泊松分布的第一信号进行有效的检测，提高了可见光通信系统性能，降低了信号检测的误码率。

本发明实施例提供一种信号的检测方法，应用于可见光通讯，所述方法包括：

对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号；其中，所述第一信号是所述光子探测器根据接收到的原发射信号所输出的信号；

获取所述第一信号所对应的多个原发射信号，计算每个原发射信号的估计信号，以确定对所述第二信号进行判决的判决准则；其中，所述第一信号所对应的多个原发射信号属于预设星座结构的星座集合；

根据所述判决准则，对所述第二信号进行判决，以获取所述第二信号对应的估计信号，将获取的估计信号对应的原发射信号，作为所述第一信号的原发射信号。

本发明实施例还提供一种信号的检测装置，应用于可见光通讯，所述装置包括：

转换模块，用于对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号；其中，所述第一信号是所述光子探测器根据接收到的原信号所输出的信号；

处理模块，用于获取所述第一信号所对应的多个原发射信号，计算每个原发射信号的估计信号，以确定对所述第二信号进行判决的判决准则；其中，所述第一信号所对应的多个原发射信号属于预设星座结构的星座集合；

判决模块，用于根据所述判决准则，对所述第二电信号进行判决，以获取所述第二电信号对应的估计信号，将获取的估计信号对应的原发射信号，作为所述第一信号的原发射信号。

本发明实施例的信号的检测方法及装置，通过对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号，并获取第一信号所对应的多个原发射信号，计算每个原发射信号的估计信号，以确定对第二信号进行判决的判决准则之后，根据判决准则，对第二信号进行判决，以获取第二信号对应的估计信号，将获取的估计信号对应的原发射信号，作为第一信号的原发射信号，实现了对服从泊松分布的第一信号进行有效的检测，提高了可见光通信系统性能，降低了信号检测的误码率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明实施例的一部分，本发明实施例的示意性实施例及其说明用于解释本发明实施例，并不构成对本发明实施例的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的信号的检测方法实施例一的流程图；

图2为k＝10，l＝2时，预设星座结构的星座集合的结构示意图；

图3为k＝4、5、6，l＝3时，预设星座结构的星座集合的结构示意图；

图4为本发明实施例的信号的检测方法实施例二的流程图；

图5为二维信号下多个原始发射信号的星座结构示意图；

图6为图5对应的估计信号的星座结构示意图；

图7第二信号的判决结果示意图；

图8为本发明实施例的信号的检测装置实施例一的结构示意图；

图9为本发明实施例的信号的检测装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例具体实施例及相应的附图对本发明实施例技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

以下结合附图，详细说明本发明实施例各实施例提供的技术方案。

实施例一

图1为本发明实施例的信号的检测方法实施例一的流程图，如图1所示，本发明实施例的信号的检测方法，具体可以包括如下步骤：

100、对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号。

在一个具体实现过程中，第一信号是光子探测器根据接收到的原发射信号所输出的信号。具体地，光信号发射部分将电信号进行调制后载频到发光led灯具上，通过led灯具发出可见光信号作为原发射信号，经信道传输后由光信号接收部分的光子探测器接收，并输出第一信号。

具体地，光信号发射部分发射任意l维信号经信道传输后最终由光信号接收部分的光子探测器接收，形成第一信号其中，由于光子计数过程是标准计数过程，所以的每一个分量均服从泊松分布，可以表示为公式(1)：

其中，常数α和β分别表示spad的增益和一个符号周期内由暗计数引起的光子个数，为spad中的散粒噪声影响，1为常数，l×1表示l行1列。

为了能够更准确的对第一信号进行检测，本发明实施例需要将服从泊松分布的第一信号转换为服从高斯分布的第二信号具体地，可以对光子探测器输出的第一信号进行anscombe变换，得到服从高斯分布的第二信号其对应的变换公式为：

101、获取所述第一信号所对应的多个原发射信号，计算每个原发射信号的估计信号，以确定对所述第二信号进行判决的判决准则。

由于原发射信号经信道传输后，由光子探测器输出的第一信号服从泊松分布，会使确认第一信号对应的原发射信号比较复杂，且误码率比较高，因此，需要由光信号接收部分的信号检测器确定光子探测器输出的第一信号对应的原发射信号，为了提高信号检测器的准确率，降低误码率，本发明实施例可以根据预设星座结构的星座集合对光子探测器输出的第一信号进行检测。其中，第一信号所对应的多个原发射信号属于预设星座结构的星座集合。

在一个具体实现过程中，在误码率性能(最小海林格距离)不变的情况下如何使用最少的能量是星座结构关键问题，针对该问题，本发明实施例设计了一种预设星座结构的星座集合，该预设星座结构的星座集合中每个原发射信号由平方数构成，且每个原发射信号是按照总功率由低到高的次序依次获取得到。

具体地，本发明实施例中的预设星座结构的星座集合由2^k个星座点构成，其中k≥1，且k为整数，星座点与原发射信号对应。第i个星座点可以表示为

si＝(si1，si2，...，sil...sil)^t，且

其中，ni为第i个星座对应的原发射信号的总功率，l为预设星座结构的星座集合的维度。例如，一个可见光通讯系统中，存在很多原发射信号(0,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)、(1,0,0)、(0,1,1)、(1,1,0)、(1,0,1)…….等，若本发明实施例中需要构造k＝2，l＝3的预设星座结构的星座集合，则本发明实施例中预设星座结构的星座集合包括4个原发射信号，此时需要选取(0,0,0)、(0,1,0)、(0,0,1)和(1,0,0)这4个原发射信号，而不能选取(0,1,1)、(1,1,0)、(1,0,1)…….中的一个或多个，从而满足了使用最少的能量构造星座结构的星座集合。

图2为k＝10，l＝2时，预设星座结构的星座集合的结构示意图，图3为k＝4、5、6，l＝3时，预设星座结构的星座集合的结构示意图。如图2和图3所示，其所选取的原发射信号按照上述相关记载进行选择，并构造相应的预设星座结构的星座集合。在一个具体实现过程中，本发明实施例可以获知第一信号的功率以及星座中各个原发射信号的总功率，由于第一信号可能为多个原发射信号中的一个发射的，因此，可以根据第一信号的功率以及星座中各个原发射信号的总功率，确定与第一信号的功率接近的多个原发射信号的总功率，从预设星座结构的星座集合中获取到这些原发射信号，并计算每个原发射信号的估计信号，具体地，可以按照如下公式进行计算：

其中，j为选取的多个原发射信号的数目，j为大于等于2的整数。

在计算出每个原发射信号的估计信号后，可以确定第二信号进行判决的判决准则，例如，以第二信号与估计信号之间的距离值为判断准则等。

102、根据确定的判决准则，对第二信号进行判决，以获取第二信号对应的估计信号，将获取的估计信号对应的原发射信号，作为第一信号的原发射信号。

在确定判决准则之后，可以对第二信号进行判决，例如，可以计算第二信号与估计信号之间的距离值，获取第二信号与估计信号之间的距离值最小的估计信号，将获取的估计信号输出，并将其对应的原发射信号作为第一信号的原发射信号。

具体地，可以根据以下公式得到第二信号对应的估计信号：

利用上述公式第二信号与估计信号之间的距离进行检测，并得到一个最小距离值，此时选取最小距离值所对应的估计信号即可。

本发明实施例的信号的检测方法的执行主体可以为信号的检测装置，该信号的检测装置具体可以通过软件来集成，例如该信号的检测装置具体可以为一个应用，本发明对此不进行特别限定。

本发明实施例的信号的检测方法，通过对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号，并获取第一信号所对应的多个原发射信号，计算每个原发射信号的估计信号，以确定对第二信号进行判决的判决准则之后，根据判决准则，对第二信号进行判决，以获取第二信号对应的估计信号，将获取的估计信号对应的原发射信号，作为第一信号的原发射信号，实现了对服从泊松分布的第一信号进行有效的检测，提高了可见光通信系统性能，降低了信号检测的误码率。

实施例二

图4为本发明实施例的信号的检测方法实施例二的流程图，如图4所示，本发明实施例的信号的检测方法在图1所示实施例的基础上，进一步更加详细地对本发明技术方案进行描述。

如图4所示，本发明实施例的信号的检测方法，具体可以包括如下步骤：

400、对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号。

401、获取第一信号所对应的多个原发射信号，检测任意两个原发射信号之间的距离值。

由公式(5)可以，本发明实施例中光信号接收部分的性能由第二信号和估计信号之间的距离决定，由此可知，预设星座结构的星座集合中任意两个原发射信号之间的距离决定光信号接收部分的性能。因此，在获取到第一信号所对应的多个原发射信号之后，可以检测任意两个原发射信号之间的距离值。

402、比较任意两个原发射信号之间的距离值的大小，得到第一比较结果。

403、获取第一比较结果中的最小距离值。

在一个具体实现过程中，光信号接收部分的性能由任意两个原发射信号之间的距离值中最小的距离值决定，因此，可以根据如下公式获取任意两个原发射信号之间的距离值中最小的距离值：

其中，s1和s2分别为任意两个原发射信号。通过上述公式可以得到各维度下任意两个原发射信号之间最小距离值。

需要说明的是，由于本发明实施例中的星座结构中的原发射信号是按照总功率由低到高的次序依次获取得到，其必然包括(0,0,0)以及(0,1,0)、(0,0,1)和(1,0,0)中的至少一个，所以本发明实施例中任意两个原发射信号之间最小距离值为1，满足最小海林格距离的需求。

404、根据预设的计算公式，计算每个原发射信号的估计信号。

具体地，可以根据公式(4)计算每个原发射信号的估计信号。

405、根据第一比较结果中的最小距离值，将任意两个相邻的估计信号进行等间距的排列，得到等间距的估计信号。

在一个具体实现过程中，光子探测器输出的第一信号服从泊松分布，其功率越大，噪声越大，相邻信号越容易混淆，因此为了抵消噪声，使相邻信号不易混淆，光子探测器输出的第一信号在星座结构中排列的距离是非等间距的，功率越大，两个信号之间的距离越大，为了能够准确检测光子探测器输出的第一信号对应的原信号，本发明实施例以第一比较结果中的最小距离值为基准，将任意两个相邻的估计信号进行等间距的排列，得到等间距的估计信号，形成一个新的星座结构。

406、根据等间距的估计信号，设定对第二信号进行判决的判决准则。

光子探测器输出的第一信号被转换成第二信号后会落在由等间距的估计信号形成的新的星座结构中，此时可以根据等间距的估计信号形成的新的星座结构，设定对第二信号进行判决的判决准则，例如，设定的判断准则为第二电信号距离估计信号最近为判断准则。

407、检测第二电信号与每个估计信号之间的距离值。

当第二电信号落在等间距的估计信号形成的新的星座结构后，可以检测第二电信号与每个估计信号之间的距离值。

408、比较第二电信号与每个估计信号之间的距离值的大小，得到第二比较结果。

409、获取第二比较结果中的最小距离值对应的估计信号。

根据上述公式(5)可以获取第二比较结果中的最小距离值对应的估计信号。

410、将获取的估计信号对应的原发射信号，作为第一信号的原发射信号。

在得到第二比较结果中的最小距离值对应的估计信号之后，即可以获知该估计信号对应的原发射信号，进而或者第一信号的原发射信号。

本发明实施例实现了对服从泊松分布的第一信号进行有效的检测，提高了可见光通信系统性能，降低了信号检测的误码率。

下面以二维信号为例对本发明的技术方案进行描述：

图5为二维信号下多个原始发射信号的星座结构示意图，图6为图5对应的估计信号的星座结构示意图，图7第二信号的判决结果示意图。

如图5所示，本实施例以s1-s8为原发射信号为例，各原发射信号非等间距排列，如图5可以看出任意原发射信号s3、原发射信号s4、原发射信号s6原发射信号s7之间呈正方形结构，且为任意两个原发射信号之间的距离值最小的距离值，因此，以此距离值为基准，将对原发射信号进行计算后得到估计信号进行等间距转换，得到如图6所示的星座结构。如图7所示，光子探测器输出的第一信号r经转换后生成的第二信号被输出时，落在估计信号内，此时可以检测到第二信号与估计信号之间的距离值最小，此时输出估计信号进而得到对应的原发射信号s5，进而可以确定第一信号对应的原发射信号为s5。

实施例三

图8为本发明实施例的信号的检测装置实施例一的结构示意图，其应用于可见光通讯，如图8所示，本发明实施例的信号的检测装置可以包括转换模块、处理模块和判决模块。

转换模块，用于对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号。

其中，第一信号是光子探测器根据接收到的原信号所输出的信号。

处理模块，用于获取第一信号所对应的多个原发射信号，计算每个原发射信号的估计信号，以确定对第二信号进行判决的判决准则。

其中，第一信号所对应的多个原发射信号属于预设星座结构的星座集合，该预设星座结构的星座集合中每个原发射信号由平方数构成，且每个原发射信号是按照总功率由低到高的次序依次获取得到。

判决模块，用于根据判决准则，对第二电信号进行判决，以获取第二电信号对应的估计信号，将获取的估计信号对应的原发射信号，作为第一信号的原发射信号。

本发明实施例的信号的检测装置，通过采用上述各模块实现检测信号的实现机制与上述图1所示实施例的实现机制相同，详细可以参考上述图1所示实施例的记载，在此不再赘述。

本发明实施例的信号的检测装置，通过采用上述各模块能够对光子探测器输出的第一信号进行变换，得到服从高斯分布的第二信号，并获取第一信号所对应的多个原发射信号，计算每个原发射信号的估计信号，以确定对第二信号进行判决的判决准则之后，根据判决准则，对第二信号进行判决，以获取第二信号对应的估计信号，将获取的估计信号对应的原发射信号，作为第一信号的原发射信号，实现了对服从泊松分布的第一信号进行有效的检测，提高了可见光通信系统性能，降低了信号检测的误码率。

实施例四

图9为本发明实施例的信号的检测装置实施例二的结构示意图，如图9所示，本发明实施例的信号的检测装置在图8所示实施例的基础上，进一步还可以包括检测模块、比较模块和获取模块。

检测模块，用于检测任意两个原发射信号之间的距离值；

比较模块，用于比较任意两个原发射信号之间的距离值的大小，得到第一比较结果；

获取模块，用于获取第一比较结果中的最小距离值。

在一个具体实现过程中，处理模块，具体用于：

根据预设的计算公式，计算每个原发射信号的估计信号；

根据第一比较结果中的最小距离值，将任意两个相邻的估计信号进行等间距的排列，得到等间距的估计信号；

根据等间距的估计信号，设定对第二信号进行判决的判决准则。

判决模块，具体用于：

检测第二电信号与每个估计信号之间的距离值；

比较第二电信号与每个估计信号之间的距离值的大小，得到第二比较结果；

获取第二比较结果中的最小距离值对应的估计信号。

本发明实施例的信号的检测装置，通过采用上述各模块实现检测信号的实现机制与上述图4所示实施例的实现机制相同，详细可以参考上述图4所示实施例的记载，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。